X射线波导和X射线波导系统 |
|||||||
| 申请号 | CN201210504659.1 | 申请日 | 2012-11-30 | 公开(公告)号 | CN103137234A | 公开(公告)日 | 2013-06-05 |
| 申请人 | 佳能株式会社; | 发明人 | 冈本康平; 高本笃史; 久保亘; 宫田浩克; 野间敬; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 X射线 波导 和X射线波导系统。在包含用于引导X射线的包层和芯部的X射线波导中，芯部沿与X射线引导方向垂直的方向包含具有不同的折射率 实部 值的多种物质的周期性结构。根据X射线的 波长 和周期性结构的周期性确定的布拉格 角 比芯部与包层之间的界面处的X射线的全反射的临界角小。该布拉格角比构成周期性结构的多种物质之间的界面处的X射线的全反射的临界角大。芯部沿X射线引导方向具有构成芯部的周期性结构的周期数不同的两个或更多个区域，其中沿周期方向的芯部宽度与周期数的变化对应地在所述两个或更多个区域之间不同。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种包含用于引导X射线的包层和芯部的X射线波导， |
||||||
| 说明书全文 | X射线波导和X射线波导系统技术领域[0001] 本发明涉及X射线波导及包含X射线源和X射线波导的X射线波导系统。根据本发明的实施例的X射线波导可被用在例如用于诸如X射线分析技术、X射线成像技术和X射线曝光技术的X射线光学系统中，并且可进一步被用作在X射线光学系统中使用的X射线光学部件。 背景技术[0002] 当处理具有几十nm或更短的短波长的电磁波时，不同物质之间的折射率的差异对于这种电磁波是非常小的。因此，关于不同物质之间的界面的全反射的临界角和折射角也是非常小的。出于这种原因，到目前为止，大尺寸空间光学系统主要被用于控制具有短波长的电磁波，并且，这仍然是主流。构成大尺寸空间光学系统的主要部件的例子是晶体镜和其中交替地层叠具有不同折射率的材料的多层镜。多层镜具有各种功能，诸如射束整形、斑点尺寸的转换和波长选择。 [0003] 与上述的空间光学系统相反，使用X射线波导的部件，例如已知的整体毛细管（polycapillary），是在将X射线禁闭于波导中的同时传播X射线。此外，近年来，对于传播电磁波、同时将其禁闭于薄膜或多层膜内的X射线波导进行了研究，旨在实现光学系统的尺寸减小和较高的性能。具有最基本的结构的X射线波导是用作芯部的足够薄空气层被夹在包层之间的单模式波导。单模式波导可形成沿与X射线的引导方向垂直的方向具有空间相干性的波导模式中的X射线。但是，单模式波导具有以下这样的缺点：芯部厚度非常薄以满足波导的单模式条件并且单位时间实际能够传播的X射线的量少。为了应对这种问题，提出具有锥形形状的X射线波导，该X射线波导通过逐渐减小波导的芯部宽度并逐渐转换混合的多波导模式而在具有非常小的宽度的芯部中集中X射线（参见Optics Communications,Volume 281,Issue10,p.2779（2008））。还提出了另一X射线波导，在该X射线波导中，沿引导方向周期性地形成包层，使得只有特定的波导模式与要被选择性地引导的波导谐振，由此，即使在具有宽的截面的芯部中，也能够形成单波导模式（参见Optics Letters,Volume 36,Number 14,p.2602（2011））。 [0004] 但是，在这些现有技术文献中提出的X射线波导具有以下的问题。 [0005] 在所提到的第一个文献中提出的X射线波导意图在波导的输出端附近形成准点光源。出于这种目的，在具有宽的截面的芯部区域中混合的许多不同的波导模式逐渐集中于具有窄的截面的芯部区域中。虽然波导的芯部截面逐渐减小，但是，在波导的输出端附近在复杂混合状态中形成多个波导模式，而不是单波导模式，并且，它们在芯部截面上不空间同相。换句话说，不能形成具有空间相干性的单波导模式。 [0006] 在提到的第二个文献中提出的X射线波导意图选择性地引导要被选择性地传播的一个目标波导模式。该X射线波导被设计为使得，通过沿引导方向周期性地形成包层，导致只有与周期性谐振的目标波导模式在芯部与包层之间的界面处全反射，而其它的波导模式不与该周期性谐振。目标波导模式以外的波导模式在不形成包层的部分中被放射，由此，只能传播目标波导模式。但是，由于波导模式基本上是由沿引导方向延伸的包层与芯部之间的整个界面处的X射线重复全反射形成的，因此，目标波导模式中的X射线被部分地放射到不形成包层的部分中的波导的芯部的外部。因此，产生大的传播损失，并且，目标波导模式相对于其它波导模式的选择性降低。 发明内容[0007] 本发明的实施例提供一种包含用于引导X射线的芯部和包层的X射线波导，其中，芯部沿与X射线引导方向垂直的方向包含由各自具有不同的折射率的实部值的多种物质制成的周期性结构，根据X射线的波长和周期性结构的周期性确定的布拉格（Bragg）角比芯部与包层之间的界面处的X射线的全反射的临界角小，布拉格角比构成周期性结构的多种物质之间的界面处的X射线的全反射的临界角大，并且，芯部（沿X射线引导方向）具有在构成芯部的周期性结构的周期数方面不同的两个或更多个区域，使得沿周期方向的芯部宽度与周期数的变化对应地在所述两个或更多个区域之间不同。 附图说明[0009] 图1A是代表当周期性结构在波导截面中仅具有一维周期性结构时的基本矢量的示意图，图1B是代表当周期性结构在波导截面中具有二维周期性结构时的基本矢量的示意图，以及图1C是代表当周期性结构在波导截面中具有另一个二维周期性结构时的基本矢量的示意图。 [0010] 图2是代表由等周期平面构成的周期性结构与X射线之间的关系以解释被近似定义的布拉格角的示意图。 [0011] 图3是代表X射线波导中的波导模式的有效传播角、沿引导方向的波矢量（即，传播常数）与真空中的波矢量之间的关系的示图。 [0012] 图4是用于解释当X射线波导包含相互平行地相对的包层时布拉格角的定义的示意性截面图。 [0013] 图5是代表能够形成周期性谐振波导模式的X射线波导的一个基本形式的示意性透视图。 [0014] 图6是基于计算得到的代表以能够形成周期性谐振波导模式的X射线波导的一个基本形式的每个波导模式的传播损失与有效传播角之间的关系的示图。 [0015] 图7是代表根据本发明的一个实施例的X射线波导的结构的示意性截面图。 [0016] 图8A和图8B是用于解释根据本发明的一个实施例的X射线波导中的X射线禁闭方向与构成芯部的周期性结构的周期数的变化之间的关系的示图。 [0017] 图9是代表例子1的X射线波导的结构的示意性截面图。 [0019] 图11A是代表例子4的X射线波导的结构的示意性透视图，图11B是代表在例子4的X射线波导中形成的周期谐振波导模式的电场强度的沿波导截面取得的分布的一部分的示意图 [0020] 图12是绘出关于当平面波入射于例子1的X射线波导的端面上时的入射角的X射线的透射率的示图。 [0021] 图13是代表其中沿X射线的引导方向周期性地布置芯部具有相互不同的周期数的两个或更多个区域的X射线波导的例子的示意性截面图。 [0023] 图15A和图15B分别是用于解释重复在芯部-包层界面处的全反射的例子的示意性截面图。 [0024] 图16是代表例子5的X射线波导的结构的示意性截面图。 具体实施方式[0025] 以下将详细描述本发明的实施例。 [0026] 根据本发明的实施例的X射线波导包括被配置为引导X射线的包层和芯部。芯部包含由各自具有不同的折射率的实部值并沿与X射线的引导方向垂直的方向排列的多个物质构成的周期性结构。此外，根据X射线的波长和周期性结构的周期性确定的布拉格角比芯部与包层之间的界面处的X射线的全反射的临界角小。布拉格角比构成周期性结构的多种物质之间的界面处的X射线的全反射的临界角大。 [0027] 根据实施例的X射线波导还具有这样的特征，即，芯部具有在构成芯部的周期性结构的周期数方面不同的两个或更多个区域（沿X射线引导方向），并且，沿周期的方向的芯部宽度与周期数的变化对应地在所述两个或更多个区域之间不同。一般地，在周期性结构的周期数方面不同的两个或更多个区域沿X射线引导方向被布置。 [0028] 换句话说，根据实施例的X射线波导具有这样的特征，即，构成芯部的周期性结构沿X射线引导方向具有芯部截面中的在周期数方面不同的区域，并且，截面中的芯部宽度与周期数的变化对应地改变。 [0029] 再换句话说，根据实施例的X射线波导具有如下的两个特征。首先，关注构成芯部的周期性结构的重复单元，存在重复数（相当于周期数）沿X射线引导方向改变的部分。第二，芯部的重复单元的数量还与重复数（周期数）的变化对应地改变。重复单元沿与X射线引导方向垂直的方向重复。 [0030] 在本公开中，术语“X射线”意味着物质的折射率的实部具有1或更小的值的波长范围中的电磁波。更具体而言，术语“X射线”意味着100nm或更短的波长范围中的电磁波（包含极紫外（ExtremeUltra Violet,EUV）光）。具有这种短波长的电磁波的频率非常高，并且，物质的最外面的电子不响应该电磁波。由此可知，与对于波长不比紫外光的波长短的频带中的电磁波（可见光和红外光）不同，物质的折射率的实部对于X射线具有小于1的值。对于上述的X射线的物质的折射率n一般由下式（1）表达： [0031] n＝1-δ-iβ′＝n′-iβ′(1)。 [0032] 因此，通过使用折射率的实部从1的偏差δ和与X射线在物质中的衰减有关的折射率的虚部β′来表示折射率n。在许多情况下，这种衰减可被视为物质中的X射线的吸收。由于δ与物质的电子密度ρe成比例，因此，当物质具有大的电子密度时，折射率的实部n′具有较小的值。此外，从式（1）可以看出，折射率的实部n′由下式表示： [0033] n′＝（1-δ）， [0034] 此外，电子密度ρe与原子密度ρa和原子序数Z成比例。因此，在本公开中，表述“各自具有不同的折射率的实部值的两种或更多种物质”在许多情况下意味着具有不同的电子密度的两种或更多种物质。如上所述，物质对于X射线的折射率由复数表示。在本说明书中，该复数的实部也称为“折射率实部”，该复数的虚部也称为“折射率虚部”。 [0035] 物质中的X射线的吸收依赖于物质的电子密度。因此，当真空状态被视为填充有具有一定的折射率的物质时，该折射率的实部被最大化为1。因此，在本公开中，真空被定义为其折射率实部的值为1并且其折射率虚部的值为0的一种物质。 [0036] 根据实施例的X射线波导包括芯部和包层。X射线波导通过芯部与包层之间的界面处的全反射将X射线禁闭于芯部中，由此形成用于在其中传播X射线的波导模式。为了通过全反射实现X射线的禁闭，根据实施例的X射线波导被构成为使得包层对于X射线的折射率实部比构成芯部的所有物质中的每一种的折射率实部小。 [0037] 在根据实施例的X射线波导中形成的波导模式中的X射线沿芯部的延伸方向被引导，并且，在本说明书中，这种方向被称为“（X射线）引导方向”。引导方向与波导模式的传播常数平行。此外，在本说明书中，与引导方向垂直的截面被称为“波导截面”。 [0038] 根据实施例的X射线波导的芯部包含在波导截面中周期性地排列分别具有不同的折射率的实部值的多种物质的周期性结构。该周期性结构在波导截面中具有一维或二维周期性。可与各维度的周期对应地定义布拉格角θB。实施例中的布拉格角被给定为最低阶的布拉格角。当周期性结构在波导截面中具有一维周期性时，定义一个布拉格角。当周期性结构在波导截面中具有二维周期性时，定义一个或更多个布拉格角。 [0039] 图1A示出一维周期性结构的例子，图1B和图1C示出二维周期性结构的例子。附图标记102、105和108分别表示构成对应的周期性结构的物质之中的具有较小的折射率实部值的物质，附图标记103、106和109分别表示构成对应的周期性结构的物质之中的具有较大的折射率实部值的物质。周期性结构分别由这两种物质制成，并且分别包含例如单元格子101、104和107。如图1A～1C中的箭头所示，可在图1A的周期性结构中定义基本矢量 可在图1B的周期性结构中定义基本矢量 并且，可在图1C的周期性结构中定义基本矢量 当周期性结构的周期性如图1B和图1C那样为二维的时，只要基本矢量代表周期性，就可以各种方式确定周期性结构的基本矢量。但是，在本说明书中，可能的多个基本矢量中的具有最小的绝对值或具有最小和次最小绝对值的两个基本矢量被取为代表二维周期性结构的两个基本矢量。假定由此确定的某个矢量为 并且其大小为 则与 平行的方向上的周期性的周期（格子常数）由 给出。这种基本矢量 意味着具有 的周期的一维周期性结构。该一维周期性结构可被近似视为在其中如图2所示的那样以 的周期一维地排列代表一维方向上的周期性的等周期平面201的结构。在该情形下，填充等周期平面之间的空间的介质的折射率被视为构成周期性结构的物质的平均折射率。在通过向晶体施加X射线来检测衍射方向的晶体分析中，使X射线进入这种结构的模型是公知的。 因此，可与关于作为周期性结构的晶体的X射线光学器件中的布拉格角的概念类似地考虑用于X射线的实施例中的周期性结构的布拉格角。实施例中的布拉格角被给定为相对于等周期平面的角度。在图2中，例如，以入射角206入射到等周期平面201的X射线作为周期性结构中的干涉的结果被强烈地布拉格反射的条件提供入射X射线202和203的反射X射线204和205相互强化的条件。假定当满足上述的条件时导致的入射角为布拉格角θB，则根据X射线的波长和周期性结构的周期性确定的布拉格角θB可由下式（4）表示： [0040] [0041] 这里，λ是X射线的波长，并且，是周期性结构的平均折射率。应当注意，由于以上的讨论基于近似模型，因此，上述的布拉格角与具有通过实际的X射线衍射实验获得的角度范围的布拉格角稍有不同，但是，在本说明书中，其被用作布拉格角，以便解释本发明。 [0042] 由于周期性结构是由多种物质的周期性阵列形成的，因此，周期性结构包含多种物质之间的界面。这些界面存在于分别具有不同的折射率的实部值的物质之间。因此，当X射线碰上从表现较大的折射率实部值的物质到表现较小的折射率实部值的物质的界面时，存在X射线被全反射的入射角范围。对于这种界面也定义X射线的全反射的临界角。假定n′high是构成周期性结构中的界面的两种物质中的表现较大的折射率实部值的物质的折射率实部，并且n′low是这两种物质中的表现较小的折射率实部值的物质的折射率实部，则上述的表面处的（即，构成周期性结构的多种物质之间的界面处的）X射线的全反射的临界角θC-in可由下式表达： [0043] [0044] 在本说明书中，全反射的临界角被定义为从界面测量的角度。 [0045] 近似假定通过一个基波的干涉形成波导模式，如图3所示，通过下式（6）将各波导模式中的基波的有效传播角度（即，在真空中的波矢量与引导方向上的波矢量之间形成的角度） 定义为在真空中的波矢量 与引导方向上的波矢量 之间形成的角度： [0046] [0047] 这里，β是波导模式的传播常数并且由下式表达： [0048] [0049] 根据实施例的X射线波导在于其中禁闭基于周期性结构中的多重干涉获得的并且与周期性结构谐振的传播模式的同时引导X射线。谐振模式中的有效传播角度与布拉格反射的角度范围中的最小角度对应。换句话说，为了使得谐振模式中的X射线存在于根据实施例的X射线波导的周期性结构内，具有约为θB的 的有效传播角度的X射线必须不在周期性结构中的界面处被全反射。因此，根据实施例的X射线波导的结构必须满足由下式（7）表示的条件： [0050] θC-in＜θB (7)。 [0051] 上式（7）的条件意味着根据X射线的波长和周期性结构的周期性确定的布拉格角θB比构成周期性结构的多种物质之间的界面处的X射线的全反射的临界角大。 [0052] 假定芯部与包层之间的界面处的包层侧的物质的折射率实部为nclad并且该界面处的芯部侧的物质的折射率实部为ncore，则在nclad [0053] [0054] 由于根据实施例的X射线波导的芯部由具有非常小的周期的周期性结构制成，因此，当X射线被全反射时，X射线从芯部与包层之间的界面渗入周期性结构中。因此，实际上，芯部与包层之间的界面处的全反射的临界角具有从基于上式（8）的值稍微偏移的值，其中该基于上式（8）的值是仅从构成芯部与包层之间的界面的包层的折射率实部和构成该界面的芯部的折射率实部确定的。但是，由上式（8）表示的全反射的临界角在设计根据实施例的X射线波导时被有利地用作指导性（guideline）角度。为了使得根据实施例的X射线波导满足式（7）的条件并在将与芯部的周期性结构的周期性谐振的传播模式禁闭于芯部的同时引导X射线，具有约为θB的 的有效传播角度的X射线在从芯部碰上芯部与包层之间的界面时必须被全反射。因此，必须满足由下式（9）表示的条件： [0055] θB＜θC (9)。 [0056] 上式（9）的条件意味着根据X射线的波长和周期性结构的周期性确定的布拉格角θB比芯部与包层之间的界面处的X射线的全反射的临界角小。当根据实施例的X射线波导被构成为满足式（7）和（9）的条件时，实施例可形成与芯部的周期性结构的周期性谐振的波导模式。在本说明书中，该波导模式被称为“周期性谐振波导模式”。 [0057] 当在根据实施例的X射线波导中包层是相互平行地相对的一对包层时，与和芯部与包层之间的界面垂直的方向上的芯部的周期性结构的周期对应的布拉格角被视为式（7）中的布拉格角。为了便于解释，图4示出X射线波导的例子，其中，芯部405被形成为夹在相互平行地相对的包层403与404之间的区域。芯部405由在波导截面中具有三角格子图案的二维周期性结构的形式的周期性结构构成，在该周期性结构中，将X射线引导方向定义为z方向，在表现较小的折射率实部值的物质401内排列沿X射线引导方向延伸的空孔（vacant pore）40。在这种周期性结构中，如上面就布拉格角的定义方面所描述的那样确定的基本矢量由图4中的 和 给出。但是，由于根据实施例的X射线波导由彼此相对的一对包层构成，因此，在式（4）中， 不是 （或 ），并且，它被与和芯部与包层之间的界面垂直的方向上的周期性对应的周期d替代。通过由此根据情况而定义布拉格角，根据实施例的X射线波导满足式（7）和（9），并且，不管是沿一维方向还是沿二维方向禁闭X射线，都可形成周期性谐振波导模式。 [0058] 图5示出根据实施例的X射线波导的示例性结构。在示出的结构中，芯部506被夹在各自由金（Au）制成的包层501和502之间。芯部506是周期性地交替层叠其中具有2.8nm的厚度的氧化铝（Al2O3）504和具有11.2nm的厚度的碳（C）505的多层膜的形式的一维周期性结构。换句话说，多个地层叠由氧化铝（Al2O3）504和碳（C）505制成的单元结构 503。该周期性结构具有25的周期数和14nm的周期。多层膜的与包层502和501接触的部分由碳制成。在图5中，X射线引导方向被定义为z方向。图6绘出可能在X射线波导中形成的各波导模式的传播损失对于各波导模式的有效传播角度的依赖性。图6代表根据有限元方法对于具有8keV的光子能量的X射线执行的计算的结果。在图6的示图中，纵轴表示作为传播常数的虚部的波导模式的传播损失，横轴表示波导模式的有效传播角度。角度范围603代表在波导中禁闭X射线并形成波导模式的角度范围。角度范围604代表超出芯部与包层之间的界面处的全反射的临界角的角度范围，即不在波导中禁闭X射线的角度范围。从图6可以看出，较小有效传播角度处的波导模式的阶越低，则波导模式的传播损失越小。随着波导模式的有效传播角度增大，传播损失也增大。还可看出，在图6中的布拉格角范围602附近，这种趋势被大大破坏。特别地，具有与布拉格角范围602的最小角度对应的有效传播角度的波导模式的传播损失明显减少。减少的传播损失由图6的示图中的点 601表示，并且，它代表周期性谐振波导模式的传播损失。周期性谐振波导模式是最强烈地与周期性结构谐振的模式，并且，其电磁场集中于周期性结构内的表现较大的折射率实部值的物质，即，集中于碳部分中。在X射线频带中，一般地，当物质取较大的折射率实部值时，该物质取较小的折射率虚部值（诸如吸收的损失）。因此，由于以下事实：即，周期性谐振波导模式的电磁场集中于表现较小的损失（即，较小的吸收）的部分中并且电磁场的包络曲线或包络面局部化于芯部的中心并且电磁场向包层的渗入减少，因此，与其它波导模式的传播损失相比，周期性谐振波导模式的传播损失明显减少。这种结果意味着，在形成于波导中的波导模式中，周期性谐振波导模式变为主导性的波导模式，并且，即使当如在根据实施例的X射线波导中那样使用具有宽的截面的芯部时，也可以以高的选择性引导高阶波导模式。随着选择性增大，波导模式的统一性增大，并且，波导截面中的波导模式的空间相干性也增加。在图5所示的X射线波导的例子中，由于芯部是一维周期性结构，因此，引导的X射线的相干性沿一维方向即图5中的y方向增加。当芯部在波导截面中是二维周期性结构时，周期性谐振波导模式形成为在芯部的整个截面上受到控制并且沿二维方向具有高的空间相干性的波导模式。 [0059] 但是，从图6可以看出，与其它波导模式的传播损失相比，由点605表示的、具有较小角度侧的周期性谐振波导模式的有效传播角度附近的有效传播角度的波导模式的传播损失也减少。换句话说，从图6可以看出，由点605所示的、与就有效传播角度方面在较小角度侧的周期性谐振波导模式相邻的波导模式也趋于相对容易地被选择为波导模式。可以获知，虽然可通过在一定程度上增加周期性结构的周期数来进一步减小周期性谐振波导模式的传播损失，但是，上述的相邻的波导模式也同时减小。为了在这种状态下衰减所述相邻的波导模式，必须延长沿引导方向的波导的长度，即，引导距离。但是，延长波导的长度也大大衰减周期性谐振波导模式。 [0060] 为了在短的引导距离中减少相邻的波导模式的选择性并进一步增加作为目标波导模式的周期性谐振波导模式的选择性，根据实施例的X射线波导具有这样的特征，即，该X射线波导包括沿X射线引导方向改变波导截面中的周期性结构的周期数的区域，并且，与周期数的改变对应地改变波导截面中的芯部宽度。与周期性谐振波导模式不同，相邻的波导模式不是与周期性结构的周期性谐振的波导模式，并且，它是在整个芯部形成为均匀介质的条件下与芯部宽度谐振的波导模式。因此，当与相邻的波导模式谐振的芯部宽度在相邻的波导模式在波导中被形成之后沿X射线引导方向传播期间突然改变时，相邻的波导模式衰减，原因是它不能再与改变之后的芯部宽度谐振。相反，周期性谐振波导模式是与芯部的周期性结构的周期性谐振的波导模式。因此，即使当芯部宽度在传播过程中突然改变时，周期性谐振波导模式也可连续地传播，同时在芯部宽度的变化是由于周期性结构的周期数变化的条件下与按照周期性结构的形式的芯部谐振。换句话说，能够通过沿引导方向改变构成芯部的周期性结构的周期数并通过与周期数的变化对应地改变芯部宽度而衰减相邻的波导模式并增加作为目标波导模式的周期性谐振波导模式的选择性。严格地说，当周期数的变化确切地与周期的整数倍匹配时，实施例以最佳的条件工作。但是，出于仅由芯部宽度确定相邻的波导模式的谐振条件而从周期性结构的周期性却不是芯部宽度确定周期性谐振波导模式的谐振条件的原因，不确切地要求实施例中的芯部宽度的变化为周期的自然数倍。因此，允许可归因于例如制造误差的轻微的偏离，并且，这种偏离不使得实施例的有利效果劣化。在芯部宽度改变的部分中，芯部宽度可沿引导方向不连续地或连续地改变。 [0061] 作为简单的例子，图7示出X射线波导的结构，其中，构成芯部的周期性结构是一维周期性结构并且芯部被夹在两个包层之间。芯部是沿y方向一维地周期性地层叠表现相对大的折射率实部值的物质704和表现相对小的折射率实部值的物质703的一维周期性结构。附图标记701和702分别表示下包层和上包层。X射线引导方向是z方向。本例子的X射线波导是在满足式（7）和（9）的情况下被构成的，并且，能够形成周期性谐振波导模式。在由虚线707表示的周期数变化边界前后，周期性结构的周期数沿引导方向减1。在沿引导方向位于虚线707之前的周期数变化之前的区域705中，不仅可存在周期性谐振波导模式，而且可存在与芯部宽度l1谐振的并产生较小的传播损失的相邻的波导模式。但是，在沿引导方向位于虚线707之后的周期数变化之后的区域706中，芯部宽度变为l2，由此，与芯部宽度l1谐振的相邻的波导模式不能再与芯部宽度l2谐振，并且它逐渐衰减。另一方面,由于周期性结构的除了周期数以外的周期性在虚线707前与虚线707后两者之间不变，因此，周期性谐振波导模式中的X射线可为了进一步的传播而连续地与周期性结构的周期性谐振。 [0062] 当X射线波导的包层是相互平行地相对的一对包层时，沿与芯部和包层之间的界面垂直的方向设定构成芯部的周期性结构的周期数的变化。或者，可沿作为目标的基本矢量的方向或沿更高周期性的方向设定周期数的变化。例如，图8A和图8B分别示出其中在构成芯部的二维周期性结构内沿一维方向禁闭X射线的X射线波导的波导截面和其中沿二维方向禁闭X射线的X射线波导的波导截面。在图8A的X射线波导中，通过芯部与包层之间的界面处的全反射禁闭X射线的方向与y方向平行。因此，可通过设定使得沿y方向的周期数能够沿引导方向增加或减少的部分，构成根据实施例的X射线波导。在图8A中，可例如通过沿由箭头803所示的引导方向将芯部与包层之间的界面801突然变为802来设定上述的部分。在沿二维方向禁闭X射线的图8B的X射线波导中，可例如通过沿由箭头806表示的引导方向将芯部与包层之间的界面804突然变为805，设定上述的部分，该界面804与y方向平行。特别地，在沿二维方向禁闭X射线的X射线波导中，可沿多个方向改变周期数，而不是仅沿一个方向改变它。 [0063] 此外，在根据实施例的X射线波导中，沿X射线引导方向周期性地布置芯部具有相互不同的周期数的两个或更多个区域。换句话说，在根据实施例的X射线波导中，沿X射线引导方向周期性地布置在波导截面中具有不同的周期数的部分，即，改变波导截面中的芯部宽度的部分。通过这种布置，可进一步增加周期性谐振波导模式的选择性。以下参照图13进行详细的描述。图13示出芯部1303被夹在包层1301和1302之间的X射线波导，并且，X射线引导方向是z方向。附图标记1304和1305分别表示由表现相对大的折射率实部值的物质和表现相对小的折射率实部值的物质制成的层。沿引导方向以周期1308周期性地布置由具有周期数100的较大周期数区域1306和具有周期数80的较小周期数区域 1307构成的单元1308。因此，在整个X射线波导中，芯部的周期数沿引导方向周期性地变化。由于周期性地多个地布置周期数不同的区域，因此，周期性谐振波导模式的选择和其它波导模式的强制衰减被重复，由此，可以增加周期性谐振波导模式的选择性。此外，由于形成各波导模式的基波周期性地重复芯部与包层之间的界面处的全反射，因此，能够通过将引导方向上的周期性谐振波导模式的全反射的重复周期设为与引导方向上的周期数不同的芯部区域的周期（即，芯部具有相互不同的周期数的沿X射线引导方向的两个或更多个区域的周期，这些区域沿引导方向被周期性地布置）匹配，沿引导方向也导致周期性谐振波导模式与沿引导方向的芯部的周期的谐振并进一步增加周期性谐振波导模式的选择性。以下，关注形成周期性谐振波导模式的一个X射线基波，将参照图15A和图15B描述全反射的重复周期。图15A和图15B是根据实施例的X射线波导的简化视图，该X射线波导分别包含芯部1501和1504以及包层的对1502、1503和1505、1506，每对包层夹着一个芯部。在图 15A和图15B的X射线波导中，芯部宽度均沿作为z方向的引导方向周期性地变化。箭头 1509和1510分别代表在图15A和图15B的波导中形成周期性谐振波导模式并且重复芯部与包层之间的界面处的全反射的典型的基波的行为。在图15A的波导中，基波表示为在较小周期数区域中的芯部与包层之间的界面处重复全反射。另一方面，在图15B的波导中，基波表示为在较大周期数区域中的芯部与包层之间的界面处重复全反射。在图15A和图15B的情况下，沿引导方向的全反射的重复周期分别为1507和1508。在本说明书中，这两个重复周期中的任一个可被用作全反射的重复周期。通过使得上述的全反射的重复周期与改变芯部宽度的周期匹配，有效地选择周期性谐振波导模式。换句话说，基于芯部的y方向周期性和沿引导方向的周期性控制X射线波导中的波导模式。此外，沿引导方向的芯部的周期数改变部分的周期（即，芯部具有相互不同的周期数的沿X射线引导方向的两个或更多个区域的周期，这些区域沿引导方向被周期性布置）有利地为通过将沿引导方向的周期性谐振波导模式的全反射的重复周期乘以或除以一个自然数而获得的值（特别地，处于1/100倍～10倍的范围中）。 [0064] 根据实施例的X射线波导的包层有利地由具有高电子密度的材料制成。这种材料的例子包括Au、W、Ta、Pt、Ir和Os。可通过利用例如溅射形成这种材料的膜来形成X射线波导的包层。 [0065] 构成根据实施例的X射线波导的芯部的周期性结构可由周期性多层膜形成，在周期性多层膜中，一维地周期性地层叠各自具有不同的折射率的实部值的多种物质。形成周期性多层膜的物质有利地选自例如Be、B、C、B4C、BN、SiC、Si3N4、SiN、Al2O3、MgO、TiO2、SiO2和P。可通过利用例如溅射周期性地层叠选择的物质来形成用作构成芯部的一维周期性结构的多层膜。在有利的实施例中，形成周期性多层膜的膜中的每一个的厚度沿X射线引导方向是恒定的。应当注意，各膜的厚度不需要是严格恒定的，并且，当然允许实际没有问题的范围内的误差。 [0066] 作为替代方案，可通过形成提供构成芯部的周期性结构的周期性多层膜作为具有片层（lamellar）结构的介观结构（mesostructured）材料（片层膜），构成根据实施例的X射线波导。实施例中的术语“介观结构材料”意味着由有机-无机混合材料制成、通过表面活性剂的自组装形成并具有2～50nm的结构周期的周期性结构。存在以各种中尺度（meso-scale）具有结构周期性的介观结构材料。介观结构材料的无机成分的典型的例子是诸如SiO2、TiO2、SnO2和ZrO2的氧化物。在介观结构材料中，具有一维周期性结构的片层膜提供作为由两种不同类型的物质制成的分层结构的片层结构。这两种类型的物质包含主要包含无机成分的物质和主要包含有机成分的物质。主要包含无机成分的物质和主要包含有机成分的物质可根据需要相互接合。接合的介观结构材料的一个实际的例子是从与烷基(alkyl group)接合的硅氧烷（siloxane）化合物制备的介观结构材料。例如，可通过溶胶-凝胶(sol-gel)方法在基板上形成这种片层膜。根据使用的表面活性剂的类型和浓度、反应条件等，片层膜的结构周期可适当地被调整为希望的值。由于在一个步骤中通过自组织在一维周期性结构中形成片层膜，因此，可大大减少制作步骤所需要的时间和劳动力。当使用片层膜作为构成根据实施例的X射线波导的芯部的一维周期性结构时，由于构成片层膜的一种类型的物质是以很少的量吸收X射线的有机物，因此，可以减少由引起所形成的周期性谐振波导模式中的X射线的传播损失的吸收导致的X射线的传播损失。 [0067] 可通过将构成根据实施例的X射线波导的芯部的周期性结构构成为由介孔(mesoporous)材料制成的介观结构材料，形成根据实施例的X射线波导。在由介孔材料制成的介观结构材料中，在均质介质中周期性地排列孔隙或空隙。因此，该介观结构材料用作折射率周期性结构,在折射率周期性结构该中,周期性地排列对于X射线具有不同的折射率的部分。由介孔材料制成并构成根据实施例的X射线波导的芯部的介观结构材料在波导截面中具有二维周期性。介观结构材料的典型例子包含以在波导截面中具有三角形格子图案的二维周期性结构的形式排列沿引导方向延伸的孔隙的二维周期性结构和在密排(close-packed)六边形结构中排列空隙的三维周期性结构。不管由介孔材料制成的介观结构材料是二维周期性结构还是三维周期性结构，该结构都在X射线波导的波导截面中具有二维周期性。介孔材料中的孔隙或空隙的内部可填充有液体或固体，不管该液体或该固体是有机物还是无机物，而不限于用例如空气的气体或真空填充的孔隙或空隙。 [0068] 当在包含以二维阵列的孔隙的介孔材料中孔隙在波导截面中仅沿一维方向具有周期性时，这种介孔材料可被视为沿上述的一维方向周期性地改变孔隙和介质的平均折射率的周期性多层膜。在这种情况下，通过使用这种介孔材料作为用于构成芯部的一维周期性结构，与使用上述的周期性多层膜的情况同样，也可形成根据实施例的X射线波导。 [0069] 在其中孔隙在波导截面中二维周期性地排列的介孔材料中，由于孔隙沿与引导方向平行的方向单轴取向，因此，在波导中形成的周期性谐振波导模式中的X射线能够传播通过沿引导方向不可变的二维周期性结构。在该情形下，在波导截面中沿二维方向控制周期性谐振波导模式的模式图案以与介孔材料的二维周期性谐振。在这种模式图案中，周期性谐振波导模式的电磁场集中于波导截面中的包含于周期性结构中的物质中，该物质表现较大的折射率实部值和较小的吸收损失。作为结果，周期性谐振波导模式的传播损失减少。此外，由于周期性谐振波导模式的相位由二维周期性结构控制，因此，波导截面中的周期性谐振波导模式在芯部的整个截面上变得相干。 [0070] 由介孔材料制成并且为其中三维地排列空隙的三维周期性结构的介观结构材料也可被用作根据实施例的X射线波导的芯部。在这种情况下，除了上述的通过波导截面中的二维周期性控制周期性谐振波导模式以外，还可以通过沿引导方向的周期性控制周期性谐振波导模式，前一种控制是以上关于介孔材料具有二维周期性结构的情况所描述的。因此，可以控制周期性谐振波导模式的时间相位变化。 [0071] 实施例中的介观结构材料的制备方法不限于特定的一种。例如，通过向用作集合体的两亲性（amphipathic）物质（尤其是表面活性剂）的溶液添加无机氧化物的前体(precursor)、通过形成膜并通过进行无机氧化物的生成反应，制备介观结构材料。 [0072] 可连同表面活性剂一起添加用于调整结构周期的添加剂。用于调整结构周期的添加剂为例如疏水性（hydrophobic）物质。疏水性物质的例子包含烷烃（alkanes）和不包含疏水基的芳香化合物。一个实际的例子是辛烷（octane）。 [0073] 无机氧化物的前体为例如硅或金属元素的醇盐（alkoxide）或氯化物（chloride）。前体的更实际的例子包含Si、Sn、Zr、Ti、Nb、Ta、Al、W、Hf和Zn的醇盐和氯化物。醇盐的例子包含甲醇盐（methoxide）、乙醇盐（ethoxide）、丙醇盐（propoxide），并且，前者被部分地用烷基取代。膜形成方法可作为例如浸涂、旋涂或热液合成被执行。 [0074] 可通过适当地改变上述的制备处理中的材料和处理条件控制介观结构材料的结构。当制备具有单轴取向的二维周期性结构的介孔材料时，作为上述的制备处理的预处理，添加在基板上形成例如通过摩擦(rubbing)步骤获得的具有单轴取向的聚酰亚胺（polyimide）膜的步骤。 [0075] 不管使用哪种材料形成构成根据实施例的X射线波导的芯部的周期性结构，都能够通过沿引导方向设置改变波导截面中的周期性结构的周期数并且芯部宽度也与周期数的变化对应地改变的部分使相邻的波导模式中的X射线最少化并且以高的选择性引导周期性谐振波导模式中的X射线。因此，在周期性谐振波导模式中引导的X射线当芯部的周期性结构具有一维周期性时在一维方向的芯部的大的宽度上并且当芯部的周期性结构具有二维周期性时在二维方向的芯部的整个宽的截面上具有高的空间相干性。 [0076] 以下将描述根据本发明的实施例的X射线波导系统。根据实施例的X射线波导系统至少包括X射线源和X射线波导。这里使用的X射线源可以是发射波长大于等于1pm且小于等于100nm的一般的X射线频带中的X射线的X射线源。从X射线源发射的X射线可具有单一波长或一定的波长宽度。X射线源和X射线波导被布置为使得从X射线源发射的X射线入射到X射线波导。可如上述的X射线波导那样设置X射线波导。在X射线波导系统中，可以在X射线源与X射线波导之间设置另一部件（例如，多层膜镜）。此外，X射线波导系统可被构成为使得从X射线波导输出的X射线入射到另一部件。 [0077] 例子1 [0078] 以下将参照图9作为例子1描述根据本发明的实施例的X射线波导的一个例子。图9的X射线波导中的X射线引导方向被定义为z方向，+y方向被定义为上侧，-y方向被定义为下侧。在图9的X射线波导中，按照周期性多层膜的形式的芯部被夹在由钨（W）制成、在硅（Si）基板901上形成并具有约20nm的厚度的下包层902与由钨（W）制成的上包层 903之间。在用作芯部的周期性多层膜中，沿y方向多个地层叠单元结构906，该单元结构 906包含具有12nm的厚度的碳（C）层905和具有3nm的厚度的氧化铝（Al2O3）层904。换句话说，沿y方向一维地周期性地层叠C层905和Al2O3层904，由此提供一维周期性结构。该一维周期性结构具有15nm的周期，并且，其最下面和最上面的层分别是Al2O3层。虚线909表示周期数改变边界。周期性多层膜的周期数在周期数变化之前的区域907中是50，并且，在周期数变化之后的区域908中是45。与周期数的变化对应地，y方向的芯部宽度也从宽度911变为912。芯部宽度的这种变化910与周期性多层膜的5个周期即75nm对应。应当注意，虽然出于简化的原因在图9中与一个周期对应地绘出芯部宽度的变化910，但是，在实施例中，变化910实际上与5个周期对应。因此，在周期数变化之前的区域907和周期数变化之后的区域908中，包层903的厚度分别为20nm和95nm。沿引导方向的周期数变化之前的区域907和周期数变化之后的区域908的长度分别为0.5mm。 [0079] 通过溅射执行层叠X射线波导的各单独的层的步骤。实施溅射以在Si基板901上形成下包层902，并进一步在下包层902上形成具有芯部宽度911和50的周期数的周期性多层膜。在该阶段中，通过光刻和蚀刻部分地去除周期性多层膜，以形成其中周期性多层膜的周期数减小了5的周期数变化之后的区域908，由此提供周期数变化边界909。 [0080] 在例子1的X射线波导中，从具有10keV的光子能量的X射线与周期性多层膜的周期性之间的关系获得的布拉格角约为0.3（°），周期性多层膜内的各界面处的该X射线的全反射的临界角约为0.084（°），并且，芯部与包层之间的界面处的全反射的临界角约为0.38（°）。因此，例子1的X射线波导满足以上在本说明书中描述的式（7）和（9），并且它可形成与一维周期性结构谐振的周期性谐振波导模式。 [0081] 当X射线以相对于引导方向的约0.3（°）的入射角在y-z平面中入射于周期数变化之前的区域907上的端面处的芯部时，多个波导模式被激发。但是，具有较大的传播损失的波导模式中的X射线在沿引导方向传播的同时较快地衰减。由于在多个波导模式中周期性谐振波导模式具有明显小的传播损失，因此，在沿引导方向传播的同时，与其它的波导模式相比，周期性谐振波导模式中的X射线逐渐被选择。但是，在周期数变化之前的区域907中，由于与周期性谐振波导模式相邻的波导模式的传播损失相对小，因此，也可存在这些相邻的波导模式中的X射线。因此，在沿z方向处于周期数变化边界909前面的周期数变化之前的区域907中，以混合状态存在周期性谐振波导模式和相邻的波导模式中的X射线。在该状态中存在的相邻的波导模式是与芯部宽度911谐振的波导模式。因此，当相邻的波导模式中的X射线沿z方向超出周期数变化边界909并且入射到其中芯部具有不同的宽度的周期数变化之后的区域908时，这些X射线由于它们在该变化之后不能再与芯部宽度912谐振而突然衰减。相反，周期性谐振波导模式与周期性结构的周期性谐振。因此，由于周期数以外的周期性在周期数变化之前的区域907与周期数变化之后的区域908中均保持不变，因此，在周期数变化之后的区域908中，周期性谐振波导模式也被高度选择为具有小的传播损失的波导模式，并且，具有高的统一性的波导模式中的X射线可连续地传播通过区域908。图12是绘出关于当平面波入射于例子1的X射线波导的端面时的入射角的X射线的透射率的示图。由虚线表示的曲线和由实线表示的曲线分别代表当没有周期数变化边界时和当周期数在周期数变化边界处减少了5时的透射率。由箭头1201表示的峰值表示周期性谐振波导模式中的X射线的强的选择性的透射。当周期数不变时，相邻的波导模式中的X射线的透射率出现在由1202表示的范围中。另一方面，在周期数减少了5的例子 1的X射线波导中，从图12可以看出，范围1202中的相邻的波导模式中的X射线的透射率受到抑制。因此，由于周期性谐振波导模式具有高的统一性，因此，在例子1的X射线波导的输出端附近获得的X射线沿y方向在具有大的宽度911的芯部上具有相干性，并且具有长的空间相干长度。 [0082] 例子2 [0083] 以下将作为例子2描述根据本发明的实施例的X射线波导的另一例子。在例子2的X射线波导中，构成例子1的X射线波导的芯部的周期性多层膜被具有片层结构的介观结构材料替代。与例子1同样，参照图9描述例子2的X射线波导。在例子2中使用的具有片层结构的介观结构材料是通过溶胶-凝胶方法在形成在Si基板上的钨（W）层上形成的片层膜。片层膜具有沿y方向一维地周期性地层叠具有约3nm的厚度的氧化硅（SiO2）层和具有约7nm的厚度的有机物层的结构。在例子2的X射线波导中，从具有10keV的光子能量的X射线与片层膜的周期性之间的关系获得的布拉格角约为0.37（°），片层膜内的各界面处的该X射线的全反射的临界角约为0.1（°），并且，芯部与包层之间的界面处的全反射的临界角约为0.4（°）。因此，例子2的X射线波导满足以上在本说明书中描述的式（7）和（9），并且它可形成与一维周期性结构谐振的周期性谐振波导模式。在例子2中，特别地，由于芯部构成为片层膜并且周期性谐振波导模式中的X射线以X射线在波导截面中强烈地集中于有机物层中的分布传播，因此，可以减少传播损失。片层膜的周期数在周期数变化之前的区域907中是48并且在周期数变化之后的区域908中是46。因此，周期数在周期数变化边界909处变化了2，并且，芯部宽度从911到912变化了约20nm。与例子1同样，由于相邻的波导模式中的X射线衰减并且周期性谐振波导模式中的X射线在周期数变化边界909之后的区域中在被强选择的同时传播，因此，可以获得具有高的统一性和长的空间相干长度的X射线。 [0084] 例子3 [0085] 以下将参照图10A作为例子3描述根据本发明的实施例的X射线波导的又一例子。在例子3的X射线波导中，构成例子1的X射线波导的芯部的周期性结构构成为由介孔材料制成的介观结构材料。在例子3中使用的介孔材料具有以下这样的结构，即，在硅石（SiO2）1004内，在波导截面中沿二维方向排列填充了有机物并沿引导方向（z方向）延伸的孔隙1005。但是，介孔硅石中的孔隙不单轴取向，并且，它们在例子3中仅沿y方向具有周期性。因此，介孔硅石可被视为沿y方向一维地周期性地层叠具有不同的平均电子密度的硅石和孔隙的两个层的近似周期性多层膜。在例子3的X射线波导中，介孔硅石沿y方向被夹在由钨（W）制成、在Si基板1001上形成并具有约40nm的厚度的下包层1002与由钨（W）制成的上包层1003之间。从具有8keV的光子能量的X射线与介孔硅石（即，近似周期性多层膜）的周期性之间的关系获得的布拉格角约为0.41（°），近似周期性多层膜内的各界面处的该X射线的全反射的临界角约为0.13（°），并且，芯部与包层之间的界面处的全反射的临界角约为0.52（°）。因此，例子3的X射线波导满足以上在本说明书中描述的式（7）和（9），并且它可形成与一维周期性结构谐振的周期性谐振波导模式。沿引导方向的周期数变化之前的区域1009与周期数变化之后的区域1010的长度均为0.5mm。图10B示出波导截面中的例子3的X射线波导的芯部的一部分。图10B中的实线代表周期性结构的边界。较白区域代表周期性谐振波导模式的电场强度较大的部分，并且，较黑区域代表周期性谐振波导模式的电场强度较小的部分。从图10B可以看出，虽然芯部在其截面中具有二维周期性结构，但是，与一维周期性多层膜中的周期性谐振波导模式类似，形成与一维周期性结构谐振的周期性谐振波导模式。与例子1和例子2同样，例子3的X射线波导也具有由图10A中的虚线表示的周期数变化边界1008，在该边界处，沿引导方向改变近似一维周期性多层膜的周期数。图10B中的虚线代表沿y方向的一维周期性结构的等周期平面，并且，等周期平面之间的间隔即周期1012约为10nm。在图10A中，沿y方向的周期数在周期数变化之前的区域1009中为49并且在周期数变化之后的区域1010中为44。沿y方向的芯部宽度在周期数变化边界1008的两侧之间从1006变为1007，如与5个周期对应的1011所示。因此，由于芯部宽度沿引导方向变化，因此，周期性谐振波导模式以外的波导模式在周期数变化之后的区域1010中突然衰减。作为结果，周期性谐振波导模式中的X射线能够以更高的选择性传播。换句话说，可以形成具有高的统一性并在大的芯部宽度上具有长的空间相干长度的X射线。 [0086] 例子4 [0087] 以下将参照图11A作为例子4描述根据本发明的实施例的X射线波导的又一例子。例子4的X射线波导的芯部构成为由作为介孔硅石的介孔材料制成的介观结构材料。介孔材料提供二维周期性结构，在该结构中，在硅石1104内，以在波导截面内具有三角形格子图案的二维周期性结构的形式排列填充有空气并沿引导方向（z方向）延伸的孔隙1105。在图11B所示的芯部截面的一部分中，实线代表周期性结构的边界，并且两个箭头1112和 1113分别代表二维周期性结构的两个基本矢量。各基本矢量的大小约为16.2nm。在例子 4的X射线波导中，由钨（W）制成的包层1102在Si基板1101上包围在波导截面中沿二维方向由介孔硅石形成的芯部。通过这种布置，例子4包含芯部与包层之间的两对界面，即，与y-z平面平行的一对界面和与z-x平面平行的另一对界面。对于具有8keV的光子能量的X射线，芯部与包层之间的界面处的全反射的临界角约为0.52（°）。从X射线与波导截面中的周期性结构的基本矢量的大小之间的关系获得的布拉格角约为0.32（°），并且，被空气占据的孔隙1105与硅石1104之间的界面处的全反射的临界角约为0.2（°）。因此，例子4的X射线波导可形成周期性谐振波导模式。在例子4中，由于芯部在四个边被包层包围，因此，在波导截面中沿二维方向禁闭X射线，并且，禁闭的X射线与二维周期性结构谐振，由此形成周期性谐振波导模式。因此，例子4中的周期性谐振波导模式在波导截面中沿二维方向被控制。在图11B中，较白区域代表周期性谐振波导模式的电场强度较大的部分，并且，较黑区域代表周期性谐振波导模式的电场强度较小的部分。从图11B可以看出，在例子4的X射线波导中形成的周期性谐振波导模式与二维周期性结构强烈谐振，并且，其电磁场集中于被表现较小损失的空气占据的孔隙中。这意味着例子4中的周期性谐振波导模式的传播损失非常小。与形成沿一维方向被控制的周期性谐振波导模式的X射线波导同样，在包含例子4中的周期性结构这样的沿二维方向被控制的周期性结构的X射线波导中，也存在用于降低作为目标波导模式的周期性谐振波导模式的选择性的相邻的波导模式。这些相邻的波导模式是与芯部宽度谐振的波导模式。因此，能够通过设定例子4的X射线波导的周期性结构中的周期数变化边界1106进一步衰减相邻的波导模式中的X射线并以高的选择性传播周期性谐振波导模式中的X射线。在图11A中，由虚线表示的区域代表沿引导方向的周期数变化之前的区域1110所对应的芯部区域，并且，由点划线表示的区域代表沿引导方向的周期数变化之后的区域1111所对应的芯部区域。沿引导方向的周期数变化之前的区域1110与周期数变化之后的区域1111的长度均为0.5mm。在周期数变化边界1106的两侧之间，与周期数变化之前的区域1110中的沿x方向的120个周期对应的约970nm的芯部宽度1103变为与周期数变化之后的区域1111中的沿x方向的110个周期对应的约890nm的芯部宽度1107。给出这种变化作为与沿x方向的周期性的5个周期对应的宽度1108及与沿x方向的周期性的另5个周期对应的宽度1109之和。此外，图11B中的虚线1114代表沿x方向的等周期平面。因此，在周期数变化之后的区域1107中，可以在突然衰减相邻的波导模式的同时选择性地传播周期性谐振波导模式。由于在例子4的X射线波导中形成并沿二维方向受控的周期性谐振波导模式具有统一性高并且在芯部的整个大的截面上具有相干性的特性，因此，例子4的X射线波导可形成在整个宽的截面区域上具有高的空间相干性的X射线。 [0088] 以下描述例子4的X射线波导的制作处理。在通过溅射在Si基板1101上形成约20nm的钨膜之后，通过溶胶-凝胶处理在钨膜上形成介孔硅石。介孔硅石然后通过光刻和蚀刻被构图，以由此形成与周期数变化之前的区域1110对应的芯部区域和与周期数变化之后的区域1111对应的芯部区域。然后，通过溅射沉积钨以形成由钨制成并具有约30nm的厚度的最上面的包层膜，由此可制成例子4的X射线波导。 [0089] 例子5 [0090] 以下将参照图16描述根据本发明的例子5的X射线波导。例子5的X射线波导包含分别由钨制成的包层1602和1603、以及夹在包层1602与1603之间的芯部1601。芯部宽度沿作为z方向的引导方向周期性地变化。芯部为沿y方向层叠具有3nm的厚度的氧化铝（Al2O3）层和具有12nm的厚度的碳化硼（boron carbide，B4C）层的周期性多层膜的形式。该周期性多层膜在具有较大周期数的区域1604中具有100的周期数，并在具有较小周期数的区域1605中具有80的周期数。在例子5的X射线波导中形成周期性谐振波导模式的具有8keV的光子能量的X射线的有效传播角度约为0.295（°）。在芯部的较大周期数区域1604中重复全反射的条件下，全反射的重复周期为73μm。例子5的X射线波导的总长1607等于全反射的重复周期的8倍，即584μm。芯部宽度变化的单位周期1606为X射线波导的总长的1/8，即73μm。图14是代表透射率对于当具有8keV的光子能量的X射线入射到例子5的X射线波导的端面上时的y-z平面上的沿z方向的入射角的依赖性的示图。空心圆和实心圆分别代表通过例子5的X射线波导和具有相同的长度但不包含芯部宽度的变化的X射线波导获得的透射率。透射率分别基于其最大强度被归一化。从图14可以看出，与不包含芯部宽度的变化的X射线波导相比，在例子5的X射线波导中，在代表周期性谐振波导模式中的X射线的透射率的峰值1401周围，由1402和1403代表的其它波导模式中的X射线的透射率受到抑制，并且，周期性谐振波导模式的选择性增加。 [0091] 根据本发明的实施例的上述的X射线波导可分别作为用于例如用于处理从同步加速器输出的X射线的X射线光学系统以及用于例如X射线成像技术和X射线曝光技术的X射线光学系统中的部件被用于X射线光学技术领域中。 [0092] 此外，上述的根据本发明的实施例的X射线波导中的每一个可形成作为目标波导模式具有高的选择性并在芯部的宽的截面上具有相干性的波导模式，并且可实现具有高的空间相干性的X射线。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈